1.本发明涉及高速铁路无砟轨道损伤检测
技术领域：
：，特别是涉及一种crtsⅱ型纵连板式无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法及系统。
背景技术：
：：2.crtsⅱ型纵连板式无砟轨道是我国高速铁路常用轨道结构形式之一，不同层间界面黏结性能相对薄弱，在温度荷载作用下易产生层间离缝，如不及时修复将导致轨道板与下部结构失去协调变形的能力，致使结构发生严重病害，威胁高速列车运行安全。3.为预防纵连无砟轨道在夏季高温季节发生上拱病害，运营线路普遍开展了植筋预加固作业：在所设计的植筋位置处轨道板表面垂直而下钻孔，清孔后注入植筋胶的同时垂直旋入螺纹钢筋，通过植筋胶将锚固钢筋与多层轨道结构黏结在锚固体系作用下实现“高强度混凝土-乳化沥青砂浆-锚固钢筋”整体的共同受力。作为典型的层状结构，无砟轨道的植筋效果高度依赖于锚固体系黏结性能。4.当前，考虑植筋方案的优化和效果等的无砟轨道植筋后结构的受力和变形规律的研究主要基于锚固体系始终处于垂直的状态，未充分考虑到锚固体系存在着偏位受载的情况。然而，实际上，温度荷载作用下轨道板发生的纵向伸缩变形，势必带动锚固钢筋出现往复偏位的情况，导致锚固体系的受力状态和荷载传递路径与设计初衷发生改变，影响植筋锚固效果的同时，将造成轨道板出现新的损伤。5.因此，本领域亟需一种综合考虑轨道板发生伸缩变形后的损伤规律和植筋效果的技术方案。技术实现要素：6.本发明的目的是提供一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法及系统，利用有限元模型的方法，综合分析轨道板发生伸缩变形后的损伤规律和植筋效果，有效解决了现有技术中未充分考虑到锚固体系存在着轨道板伸缩变形导致的偏位受载的问题。7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：8.一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法，所述方法包括：9.获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量；10.将所述纵向相对位移变化量视为锚固钢筋上端至所述轨道板底部的偏位变形值；11.获取各个深度位置的所述轨道板的温度；12.将所述偏位变形值和所述温度添加至无砟轨道植筋有限元模型，得到无砟轨道结构的总体强度损伤参数和所述轨道板的上拱位移量；所述无砟轨道植筋有限元模型根据无砟轨道的结构和连接关系建立；13.根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态；14.根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果。15.在一些实施例中，所述根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态，具体包括：16.当damage＝0时，无损伤；其中，damage表示所述总体强度损伤参数的计算值；17.当0＜damage＜1时，混凝土构件的强度损伤，植筋胶黏结性能退化；18.当damage＝1时，混凝土构件的强度完全损伤，并且完全损伤位置出现开裂，植筋胶黏结失效，锚固体系脱胶、开裂。19.在一些实施例中，所述根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果，具体包括：20.所述上拱位移量越大，表明植筋整治轨道板上拱变形的效果越差；所述上拱位移量越小，表明植筋整治轨道板上拱变形的效果越好。21.在一些实施例中，所述无砟轨道植筋有限元模型的建立步骤，具体包括：22.采用ansysapdl编程语言建立crtsⅱ型板式无砟轨道植筋有限元模型，所述无砟轨道植筋有限元模型的部件包括：轨道板、宽窄接缝、砂浆层、支承层、锚固钢筋和植筋胶；23.其中，所述轨道板、所述宽窄接缝和所述支承层采用混凝土塑性-损伤耦合模型进行模拟；所述砂浆层材料的黏弹性特征基于burgers模型，并通过prony级数转化实现；在所述轨道板与所述砂浆层间引入双线性内聚力模型；根据植筋胶的力学本构关系，采用塑性-损伤模型分析非线性力学特性；所述植筋胶层与所述混凝土界面间在重叠节点处耦合横纵向自由度，利用combin39非线性弹簧单元模拟黏结界面的垂向黏结-滑移关系。24.在一些实施例中，所述轨道板为crtsⅱ型纵连板式无砟轨道中的轨道板。25.在一些实施例中，在所述获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量之前，还包括：26.在锚固筋所在横断面的不同深度位置设置若干个传感器。27.在一些实施例中，所述传感器利用4g数据传输网络传输数据。28.在一些实施例中，所述获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量，具体包括：29.利用若干个传感器同步采集各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量数据。30.在一些实施例中，所述获取各个深度位置的所述轨道板的温度，具体包括：31.利用若干个传感器同步采集各个深度位置的轨道板温度数据。32.本发明还提供了一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价系统，所述系统包括：33.位移数据获取单元，用于获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量；34.偏位变形值获取单元，用于将所述纵向相对位移变化量视为锚固钢筋上端至所述轨道板底部的偏位变形值；35.温度数据获取单元，用于获取各个深度位置的所述轨道板的温度；36.损伤参数和上拱位移量计算单元，用于将所述偏位变形值和所述温度添加至无砟轨道植筋有限元模型，得到无砟轨道结构的总体强度损伤参数和所述轨道板的上拱位移量；所述无砟轨道植筋有限元模型根据无砟轨道的结构和连接关系建立；37.损伤状态判断单元，用于根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态；38.植筋效果判断单元，用于根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果。39.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：40.本发明提供了一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法及系统，首先获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量；将所述纵向相对位移变化量视为锚固钢筋上端至所述轨道板底部的偏位变形值；并获取各个深度位置的所述轨道板的温度；然后将所述偏位变形值和所述温度添加至无砟轨道植筋有限元模型，得到无砟轨道结构的总体强度损伤参数和所述轨道板的上拱位移量；所述无砟轨道植筋有限元模型根据无砟轨道的结构和连接关系建立；最后根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态；根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果。由于本发明获取了轨道结构内部的温度数据和垂向不同深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量，得到了轨道板温度荷载数据和锚固钢筋不同位置的偏位变形值，结合所建立的无砟轨道植筋有限元模型，从而利用有限元模型的方法，综合分析轨道板发生伸缩变形后的损伤规律和植筋效果，有效解决了现有技术中未充分考虑到锚固体系存在着轨道板伸缩变形导致的偏位受载的问题。附图说明41.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。42.图1为本发明实施例一提供的无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法流程图。43.图2为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验测点传感器现场布置示意图。44.图3为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验测点纵向位置示意图。45.图4为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验测点垂向位置示意图。46.图5为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装立体图。47.图6为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装正视图。48.图7为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装后视图。49.图8为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装俯视图。50.图9为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装侧视图。51.图10为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装外部防护罩立体图。52.图11为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装外部防护罩正视图。53.图12为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装外部防护罩俯视图。54.图13为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用传感器固定工装外部防护罩侧视图。55.图14为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用激光反射装置立体图。56.图15为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用激光反射装置正视图。57.图16为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用激光反射装置俯视图。58.图17为本发明实施例一提供的轨道板纵向伸缩变形现场监测试验所用激光反射装置侧视图。59.图18为本发明实施例一提供的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量监测流程示意图。60.图19为本发明实施例一提供的锚固筋向板中偏位示意图。61.图20为本发明实施例一提供的锚固筋向板端偏位示意图。62.图21为本发明实施例一提供的crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型示意图。63.图22为本发明实施例二提供的无砟轨道实际植筋效果检测与评价系统的框图。具体实施方式64.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。65.当前，考虑植筋方案的优化和效果等的无砟轨道植筋后结构的受力和变形规律的研究主要基于锚固体系始终处于垂直的状态，未充分考虑到锚固体系存在着偏位受载的情况。实际上，温度荷载作用下轨道板发生的纵向伸缩变形，势必带动锚固钢筋出现往复偏位的情况，导致锚固体系的受力状态和荷载传递路径与设计初衷发生改变，影响植筋锚固效果的同时，将造成轨道板出现新的损伤。由于服役线路植筋锚固应用的时间较短，关于轨道板纵向温度变形引起锚固体系损伤机理及演变规律方面的研究相对匮乏。同时，锚固体系发生偏位后，植筋胶层与混凝土黏结界面的细观受力特征尚不明确，亟待深入开展无砟轨道实际植筋效果方面的研究。66.本发明的目的是提供一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法及系统，利用有限元模型的方法，综合分析轨道板发生伸缩变形后的损伤规律和植筋效果，有效解决了现有技术中未充分考虑到锚固体系存在着轨道板伸缩变形导致的偏位受载的问题。67.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。68.实施例一：69.请参阅图1，本实施例提供了一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价方法，所述方法包括：70.s1、获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量(附图19和附图20可以表征纵向相对位移的变化)。71.获取相对位移变化量之前，先进行轨道板纵向伸缩变形现场监测试验。72.本实施例中，轨道板具体为crtsⅱ型纵连板式无砟轨道中的轨道板。在靠近轨道板端部的锚固筋所在横断面，采用螺栓锚固方式，通过设计的传感器固定工装，将沿轨道板深度不同位置的多个传感器固定在轨道板边部，并在螺栓锚固位置上通过螺栓连接外部防护罩，激光位移传感器测试工装进行防护处理；在轨道板端部的宽窄接缝中间横断面位置边部，采用螺栓锚固方式，将设计的激光反射装置固定在宽窄接缝边部，如图2-图17所示。73.本实施例中的传感器包括激光位移传感器和温度传感器。74.获取垂向不同深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量。激光位移传感器采用30min/次的频率，利用数据采集模块，自动化同步采集不同深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量数据，通过4g数据传输网络实现相对位移数据数据远程提取，如图18所示。75.s2、将所述纵向相对位移变化量视为锚固钢筋上端至所述轨道板底部的偏位变形值。76.本实施例中，确定锚固钢筋上端至轨道板底部范围内不同位置的偏位变形值时。将步骤s1获得的沿轨道板垂向不同深度位置的相对位移变化量数据确定为测点横断面处的锚固钢筋上端至轨道板底部范围内不同位置的偏位变形值，当相对位移值为正值时，表示轨道板纵向伸长状态，锚固筋向板端位置偏位，如图19所示；当相对位移值为负值时，表示轨道板纵向压缩状态，锚固筋向板中位置偏位，如图20所示。相邻两偏位位移间的锚固筋偏位位移值通过线性插值拟合。本实施例中的相邻两偏位具体指上端偏位量为最大值，下端偏位量为0，上下端之间相应位置的偏位量，可以根据尺寸间隔进行线性插值。77.s3、获取各个深度位置的所述轨道板的温度。78.本实施例中利用若干个温度传感器同步采集各个深度位置的轨道板温度数据。79.s4、将所述偏位变形值和所述温度添加至无砟轨道植筋有限元模型，得到无砟轨道结构的总体强度损伤参数和所述轨道板的上拱位移量(该过程实际上就是将监测数据作为有限元模型的荷载数据，实现真实数据和试验方针相结合，提高仿真模型计算的准确性、科学性。具体处理是：将所述偏位位移数据利用apld语言转变为位移荷载，施加到有限元模型中；将所述温度数据利用apdl语言转变为温度荷载，施加到有限元模型中。通过有限元模型的计算，最终利用ansys通用后处理技术，获取无砟轨道结构仿真模型的总体强度损伤和轨道板的上拱位移量)；所述无砟轨道植筋有限元模型根据无砟轨道的结构和连接关系建立。80.本实施例中根据crtsⅱ型纵连板式无砟轨道结构实际状态，建立crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型。无砟轨道植筋有限元模型的建立具体步骤包括：81.采用ansysapdl编程语言建立crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型，如图21所示。模型主要部件包括：轨道板、宽窄接缝、砂浆层、支承层、锚固钢筋和植筋胶；82.轨道板、宽窄接缝和支承层等采用混凝土塑性-损伤耦合模型进行模拟，砂浆层材料的黏弹性特征基于burgers模型，通过prony级数转化实现。在轨道板与砂浆层间引入双线性内聚力模型进行分析。根据植筋胶的力学本构关系，采用塑性-损伤模型分析其非线性力学特性，植筋胶层与混凝土界面间在重叠节点处耦合横纵向自由度，利用combin39非线性弹簧单元模拟黏结界面的垂向黏结-滑移关系。83.其中，植筋方案采用工程现场实际广泛所用的单块板上靠板端对称植6根锚固筋的方案，植筋孔的直径为36mm，深度390mm；锚固钢筋的直径为28mm，长度350mm，伸入支承层的深度为140mm。84.对建好的无砟轨道植筋有限元模型施加温度荷载和锚固钢筋偏位变形值，获得轨道结构总体强度损伤参数和轨道板上拱变形位移。85.然后，利用ansys通用后处理技术，使用“etable”命令提取crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型各部件和锚固体系胶层的总体强度损伤参数“damage”的计算结果；利用ansys通用后处理技术，提取crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型中轨道板垂向变形位移。86.混凝土损伤演变时，假设混凝土材料从拉伸状态转变到压缩状态过程中，混凝土微裂纹在外压荷载作用下闭合，拉伸损失刚度恢复；从压缩状态转向拉伸状态过程中，混凝土压缩损伤不可逆、不可恢复。将微平面理论与宏观混凝土塑性屈服模型耦合，获得总体强度损伤参数“damage”。87.在ansys完成求解后，需要进入后处理分析求解结果。利用ansys通用后处理技术，需要将模型数据db和结果数据rst读入到当前的数据库中，提取对应荷载步下的结果，获取crtsⅱ型板式无砟轨道植筋精细化有限元模型中轨道板垂向变形。88.s5、根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态。89.当damage＝0时，无损伤；其中，damage表示所述总体强度损伤参数的计算值。90.当0＜damage＜1时，混凝土构件的强度损伤，植筋胶黏结性能退化。91.当damage＝1时，混凝土构件的强度完全损伤，并且完全损伤位置出现开裂，植筋胶黏结失效，锚固体系脱胶、开裂。92.s6、根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果。93.所述上拱位移量越大，表明植筋整治轨道板上拱变形的效果越差；所述上拱位移量越小，表明植筋整治轨道板上拱变形的效果越好。94.本发明公开了一种crtsⅱ型纵连板式无砟轨道植筋锚固修复效果检测与评价方法，通过进行轨道板温度场现场监测试验与轨道板纵向伸缩变形现场监测试验，获取轨道结构内部温度变化数据和垂向不同深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量，得到了轨道板温度荷载数据和锚固钢筋不同位置的偏位变形值，结合所建立无砟轨道植筋锚固精细化有限元模型，分析不同偏位条件下植筋胶层的损伤规律，明确了锚固钢筋偏位与脱胶耦合作用下无砟轨道的实际植筋效果，可为无砟轨道植筋方案的优化设计与效果评价提供参考，科学指导线路养护维修工作。95.实施例二：96.如图22所示，本实施例提供了一种无砟轨道实际植筋效果检测与评价系统，所述系统包括：97.位移数据获取单元m1，用于获取各个深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量；98.偏位变形值获取单元m2，用于将所述纵向相对位移变化量视为锚固钢筋上端至所述轨道板底部的偏位变形值；99.温度数据获取单元m3，用于获取各个深度位置的所述轨道板的温度；100.损伤参数和上拱位移量计算单元m4，用于将所述偏位变形值和所述温度添加至无砟轨道植筋有限元模型，得到无砟轨道结构的总体强度损伤参数和所述轨道板的上拱位移量；所述无砟轨道植筋有限元模型根据无砟轨道的结构和连接关系建立；101.损伤状态判断单元m5，用于根据所述总体强度损伤参数确定所述无砟轨道各混凝土构件的损伤状态和锚固体系植筋胶层损伤状态；102.植筋效果判断单元m6，用于根据所述轨道板的上拱位移量判断植筋效果。103.本实施例提供的无砟轨道实际植筋效果检测与评价系统，通过进行轨道板温度场现场监测试验与轨道板纵向伸缩变形现场监测试验，获取轨道结构内部温度变化数据和垂向不同深度位置的轨道板与宽窄接缝间纵向相对位移变化量，得到了轨道板温度荷载数据和锚固钢筋不同位置的偏位变形值，结合所建立无砟轨道植筋锚固精细化有限元模型，分析不同偏位条件下植筋胶层的损伤规律，明确了锚固钢筋偏位与脱胶耦合作用下无砟轨道的实际植筋效果，可为无砟轨道植筋方案的优化设计与效果评价提供参考，科学指导线路养护维修工作。104.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。105.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页12当前第1页12